·黃帝內(nèi)經(jīng)365·
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·第五節(jié) 天文·
五、日月五星(025)
太陽(日)、太陰(月)、金、木、水、火、土七星,古代并稱“七曜”。就《黃帝內(nèi)經(jīng)》天文醫(yī)學思想而言,北斗七星、三垣二十八宿等恒星系離我們太過遙遠,古人也主要是將其作為觀察天時的坐標系統(tǒng),真正體現(xiàn)古人“天人合一”思想,與《內(nèi)經(jīng)》天文醫(yī)學思想關(guān)系密切的則是日月五星及其與地球的關(guān)系。
(一)太陽系成員。
我們地球所在的恒星系統(tǒng)是太陽系,太陽是太陽系的主宰。太陽以其強大的萬有引力吸引著太陽系所有的成員,包括九大行星及其衛(wèi)星,眾多的小行星、彗星、流星體以及彌漫的行星際物質(zhì)。
太陽系的九大行星按距離太陽的遠近依此排列為:水星,金星,地球,火星,木星,土星,天王星,海王星,冥王星。太陽系所有成員都在太陽引力的作用下,圍繞太陽作自西向東的,沿橢圓形軌道的運轉(zhuǎn),這種繞太陽的運轉(zhuǎn)叫做公轉(zhuǎn)。九大行星在繞日公轉(zhuǎn)的同時,又繞本身的自轉(zhuǎn)軸運轉(zhuǎn),叫做自轉(zhuǎn)。九大行星中,地球等六大行星的自轉(zhuǎn)方向與公轉(zhuǎn)方向一致,金星、天王星和冥王星的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)方向相反,是自東向西的運轉(zhuǎn)。
九大行星除地內(nèi)行星金星和水星外,都有自己的衛(wèi)星,數(shù)目不等。地球有一顆衛(wèi)星,就是月球。
在火星和木星之間有一個小行星聚集的區(qū)帶,稱小行星帶。小行星在大行星的引力作用下,偶然會竄入地球軌道內(nèi),就是彗星。彗星沿著一個偏心率很大的橢圓形軌道行動,因為它拖著一個長長的彗尾,如果受到大行星引力攝動,容易與大行星相撞,彗星撞破后的碎塊叫流星體。流星體闖入地球大氣摩擦發(fā)光,就成為流星,成群散落的稱流星雨,燃燒未盡落到地面上就是隕石。古人對彗星現(xiàn)象十分重視,往往認為是災(zāi)異的前兆,事實上巨大彗體近距離造訪地球所產(chǎn)生的影響也是顯而易見的。
日月五星與地球的主要物理參量如表(據(jù)劉學富主編《基礎(chǔ)天文學》):
平均離日距離/ AU | 軌道周期/地球年 | 質(zhì)量 / m地 | 半徑 / R地 | 衛(wèi)星數(shù) | 自轉(zhuǎn)周期/ d | |
水星 | 0.39 | 0.24 | 0.055 | 0.38 | 0 | 59 |
金星 | 0.72 | 0.62 | 0.82 | 0.95 | 0 | -243 |
地球 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1 | 1.0 |
月球 | -- | -- | 0.012 | 0.27 | -- | 27.3 |
火星 | 1.5 | 1.9 | 0.11 | 0.53 | 2 | 1.0 |
木星 | 5.2 | 11.9 | 318 | 11.2 | 61 | 0.41 |
土星 | 9.5 | 29.4 | 95 | 9.5 | 31 | 0.44 |
太陽 | -- | 332000 | 109 | -- | 25.8 |
注:AU表示天文單位,指的是日地平均距離。1AU=149597870Km。
(二)太陽。
1、太陽結(jié)構(gòu)。
太陽是太陽系的中心天體。在宇宙中,太陽是一顆大小、質(zhì)量和光度都較為適中的恒星。太陽的半徑為6.9599*10^5Km,是地球半徑的109倍;體積為4122*10^27/m?,是地球體積的130萬倍;太陽的質(zhì)量約為地球的33萬倍,占太陽系總質(zhì)量的99.7%。
我們分內(nèi)外兩部分來認識太陽的結(jié)構(gòu)。
太陽從總體而言是一個氣體球,它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從內(nèi)向外分為三個層區(qū):核反應(yīng)區(qū)、輻射區(qū)、對流區(qū)。
太陽核反應(yīng)區(qū)約占太陽總體積的1/64,而其質(zhì)量卻占太陽總質(zhì)量的一半以上。這是因為太陽在自身引力的作用下,物質(zhì)向核心聚集,形成超高溫超高壓狀態(tài),發(fā)生激烈的熱核反應(yīng),太陽發(fā)射能量的99%在這里產(chǎn)生。太陽能量的產(chǎn)生主要來自于熱核區(qū)內(nèi)氫核合成氦核的聚變。太陽輻射區(qū)處在太陽半徑的0.25~0.86區(qū)段,體積約占太陽的一半,太陽核心產(chǎn)生的能量通過輻射區(qū)以輻射的方式向外擴散。輻射區(qū)外是對流區(qū),溫度由輻射區(qū)的7*10^6K驟降至對流區(qū)的5*10^K,這種巨大的溫差促使太陽內(nèi)部熱量以對流的方式向太陽表面?zhèn)鬏?。此外,對流區(qū)大氣擾動產(chǎn)生低頻聲波,將機械能量傳輸?shù)教柾鈱哟髿狻?/p>
對流層外就是太陽的外部結(jié)構(gòu)太陽大氣。
2、太陽大氣。
太陽的外部結(jié)構(gòu)即大氣層,由內(nèi)向外也分三個層區(qū):光球?qū)?、色球?qū)印⑷彰帷?/p>
太陽光球?qū)泳o挨對流層,以其光焰耀目得名。光球?qū)雍窦s500Km,我們?nèi)庋劭吹降奶柧褪翘柕墓馇驅(qū)樱ㄒ猿τ^察為宜),所指太陽半徑6.96*10^5Km就是指太陽中心到光球?qū)禹敳康钠骄?。太陽光球?qū)游镔|(zhì)的平均有效溫度為5780K,平均密度約為2*10^- 4Kg/m?。光球主要以輻射的方式傳輸能量,地球獲得的太陽光和熱的能量主要由光球?qū)影l(fā)出。在太陽光球上還能觀察到一些特殊的現(xiàn)象,有一些較暗的呈斑痕狀的區(qū)域稱太陽黑子,溫度低于光球溫度。太陽黑子是太陽光球的強磁場區(qū);光球上一些發(fā)亮的區(qū)域稱太陽光斑,溫度比光球高100K左右,其壽命約為太陽黑子的三倍,據(jù)統(tǒng)計太陽光斑的活動周期為11年。另外,太陽光球上還有一些如米粒的氣團稱米粒組織,科學家認為米粒組織是太陽大氣的對流現(xiàn)象。太陽光球上的這些活動,都會對地球造成不同程度的影響。
太陽光球?qū)由厦娴拇髿鈱訛樘柹?,厚約1500Km。色球?qū)拥臏囟入S高度而上升,低色球?qū)訙囟葹?500K,中色球?qū)訙囟葹?000K,高色球?qū)禹敹藴囟瓤审E升至5*10^4K。色球?qū)拥钠骄芏戎挥?*10^-6Kg/m?,比光球?qū)拥偷枚啵l(fā)出的可見光很弱,所以我們?nèi)庋酆茈y看到色球?qū)拥男蚊?,只有在日食食甚時,當太陰光球被月輪擋住的前后幾秒鐘內(nèi),可見日面邊緣一條弧狀的色澤鮮明的發(fā)光層,故名色球。如果借助色球望遠鏡即特殊的濾光器,可以觀察到太陽色球色彩斑斕的景象。
太陽色球?qū)又嫌幸粋€過渡區(qū),厚約8500Km。在過渡區(qū)內(nèi)太陽溫度驟升。與過渡區(qū)相接的就是太陽日冕層,為太陽大氣的最外面一層。日冕分內(nèi)外二層,內(nèi)冕與外冕的交界約在太陽半徑的1.3處。外冕的范圍可向外延伸數(shù)個太陽半徑之遠,最遠甚至可延伸到25個太陽半徑,與行星空間相接。日冕平均密度僅1*10^- 12Kg/m?,極其稀薄,光度很低,大約只有太陽光球的百萬分之一,完全被太陽光球的光輝所淹沒,只有在日全食時,可以看到美麗的銀色日冕。日冕物質(zhì)的電子運動溫度可高達400萬K。這些日冕物質(zhì)連續(xù)不斷向外發(fā)射等離子體流,主要包括自由電子、質(zhì)子(氫原子核)和α粒子(氦原子核),形成太陽大氣不斷的物質(zhì)外流,叫做太陽風。太陽風可吹送到太陽系行星際空間約100AU的廣闊區(qū)域。太陽風可導(dǎo)致許多大行星的磁擾現(xiàn)象,其與地球磁層的相互作用直接或間接地引發(fā)地球磁暴或磁擾。
太陽磁場的存在對太陽活動起著決定性的作用。太陽大氣的各種物理狀態(tài)、運動和演化都受到太陽磁場的牽制和支配。
(三)月球。
月球古稱“太陰”,是地球唯一的天體衛(wèi)星,與地球的精確距離為384401Km。月球的平均直徑是3474.8Km,約為地球直徑的1/11。月球的體積只有地球的1/49,質(zhì)量約為7.3*10^22Kg,是地球的1/81.3。如果地球質(zhì)量減少一半,月球?qū)与x地球的掌控。月球和地球一樣都不會發(fā)光,只能反射太陽的光。月球作為地球的衛(wèi)星繞地公轉(zhuǎn),同時又與地球組成一個聯(lián)合體一起繞太陽公轉(zhuǎn)。由于月球的自轉(zhuǎn)周期與繞地球公轉(zhuǎn)的周期相同,所以我們在地球上只能看到月球的同一面。
月球自西向東繞地球公轉(zhuǎn),這個公轉(zhuǎn)周期稱為“恒星月”,平均為27.32天。月球軌道面和天球相交的大圓稱為“白道”,白道和黃道的夾角為5°09′,由于太陽引力的攝動,白道和黃道的交點沿著黃道每年向西移動20°,經(jīng)過18.58年旋轉(zhuǎn)一周。
下面談?wù)勗孪嘧兓?/p>
月亮的盈虧變化叫做“月相”,實際是月球隨著地球繞太陽公轉(zhuǎn)時,我們在地球上看到的月球被陽光照亮的形相變化。月相變化的一個周期叫“朔望月”,一個朔望月為29.53天,長于恒星月兩天多,這是因為地球繞太陽公轉(zhuǎn)周期為365.25天,在月球繞地球一周的時間里,地球帶著它同時繞太陽運行了27°。
我們?nèi)庋塾^察到的月相變化,依次可分為8種:
1、朔月。朔是初、始的意思。農(nóng)歷每月初一稱“朔”,表示新一輪月的開始,但我們在初一看不到月亮,因為此時月球正當行至太陽和地球之間,面向地球的那半個月球面陽光照射不到。最早把初月稱為“朏”(fěi三聲),月相可見一絲亮色,按現(xiàn)在推算當在初三。
2、盈蛾眉月。又稱“月芽”,形如蛾眉,因為月相向盈,故稱。由于月球自西向東公轉(zhuǎn),初一以后,月球位于太陽之時,日落后一個月芽出現(xiàn)在西方地平線上空,也就是說,隨著月球的公轉(zhuǎn),被陽光照亮的那半個月面開始有一部分朝向地球,狀如向右凸出的鐮刀形,古人形容為月亮生長發(fā)芽。此時在新月后第四天,農(nóng)歷初五左右。
3、上弦月。月芽出現(xiàn)以后,每過一天,月球和太陽的角距增加13.2°,在農(nóng)歷初八左右,日落時月亮出現(xiàn)在子午圈附近,此時,在地球上可以看到被太陽照亮的月球的右邊一半,稱為“上弦”。
4、盈凸月。農(nóng)歷十一日左右,地球上可以看到大半個月面,因為月亮逐漸盈滿,故稱盈凸月。
5、望月。又稱滿月。農(nóng)歷十五、十六時,月亮在天空中正好和太陽相對,陽光照亮的月球那半個球面正朝向地球,我們能看到一輪圓月在日落時東升,日出時西落,稱之為“望”。望月之后,月球上升時間每天約晚50分鐘。
6、虧凸月。望月之后,在地球上看到月球光亮部位從右邊開始逐漸縮小,農(nóng)歷十九左右,只能見到左邊大半個月面,因為月相向虧,故名。
7、下弦月。與上弦月相對,在農(nóng)歷二十三左右,地球上只能看到月球左邊被陽光照亮的半圓。
8、虧月。又稱殘月。到農(nóng)歷二十七日左右,地球上看到的月相又縮成鐮刀狀,稱殘月。殘月僅在黎明前上升,三日之后就淹沒在陽光中。殘月之后,又將開始下一個朔,生出新月。
月球的晝夜溫差極大,白天可高達127℃,夜間降至-183℃。在《黃帝內(nèi)經(jīng)》天文醫(yī)學思想中,月亮的盈虧變化有重要意義。
(四)五星。
太陽系行星在地球軌道以內(nèi)的,叫地內(nèi)行星,反之叫地外行星。木、火、土、金、水五星中,水星和金星為地內(nèi)行星,木星、火星、土星為地外行星。
1、水星。
水星是九大行星中離太陽最近的一顆,離太陽平均距離約5971萬Km,直徑約為地球的1/3,質(zhì)量3.3*10^23Kg,只有地球質(zhì)量的0.055.水星的自轉(zhuǎn)周期為58.65天,繞日公轉(zhuǎn)一周為87.97天,差不多在公轉(zhuǎn)兩周的時間里自轉(zhuǎn)了三周。水星與太陽的角距不超過28°,古代稱30度為一辰,所以古人又將水星稱為“辰星”。
水星因白天日照時間很長,表面赤道區(qū)域溫度可高達350℃,夜間又驟降至-170℃左右。根據(jù)空間探測發(fā)現(xiàn),水星表面形貌與月球相似,也是環(huán)形山密布,其內(nèi)部可能擁有一個高密度的核。水星有比較強的磁場,太陽風與水星的磁場相互作用,形成弓形激波與包圍水星的磁層。
2、金星。
金星是我們?nèi)庋勰芸吹降囊箍罩凶蠲髁恋男行牵彩浅柡驮铝镣馊靺^(qū)最亮的白色星(太陽視星等為-26.7,月球視星等為-12.6,金星視星等為-4.4),所以古人將其稱為“太白星”。
金星距太陽約1.082*10^8Km,介于水星和地球之間,直徑12103.6Km,體積相當于0.86個地球。金星的自轉(zhuǎn)方向與公轉(zhuǎn)相反,是自東向西自轉(zhuǎn),其自轉(zhuǎn)一周的時間是-243.02天,速度極慢,繞日公轉(zhuǎn)周期為224.7天。在地球上所能觀測到的金星盈虧相位的變化周期,是地球公轉(zhuǎn)周與金星公轉(zhuǎn)周的會合周期,為583.9天。
在金星周圍有一層濃厚的大氣層,大氣中二氧化碳居多,達97%以上,還有近3%的氮及少量的水蒸氣和一氧化碳等。這樣的大氣結(jié)構(gòu)起到了玻璃罩一樣的作用,使金星接受的太陽熱能累積起來,因而其表面溫度高達465-485℃之間,氣壓高出大氣近百倍,熱輻射無法散逸到太空,所以金星晝夜溫差很小。探測表明,金星周圍的厚厚云層中,充滿了又熱又濃的具有腐蝕性的硫酸雨和硫酸霧。金星表面相對比較平坦,類似于月球上的低洼地。
3、火星。
火星是地外行星中離地球最近的一顆行星。人類在夜空中觀察到的火星閃現(xiàn)紅色,古人惑其所以,故又將其稱為“惑星”、“熒惑星”?;鹦亲盍習r的視星等為-2.01,最暗時也達到+1.5。
火星與地球的特征比較接近,繞日軌道呈橢圓形,近日點距離為1.38AU,遠日點距離為1.67AU,繞日公轉(zhuǎn)周期為686.98天,自轉(zhuǎn)周期是1.026天,只比地球自轉(zhuǎn)時間長0.6小時。黃赤交角為24°,與地球的黃赤交角23.5°也很接近?;鹦潜鹊厍蛐?,其半徑為3397Km,約為0.53個地球半徑,體積是地球的1/7,質(zhì)量只有地球的10.8%。
在地面望遠鏡里可觀測到火星極區(qū)有白斑,稱為極冠。極冠冬天增大,夏天消融,主要成分為干冰(固體二氧化碳)和冰水?;鹦谴髿鈽O其稀薄,氣壓僅為地球大氣壓的0.5-0.8%。大氣中二氧化碳的成分占了95%,氮占3%。干燥而稀薄的大氣使火星表面晝夜溫差很大,白天赤道附近溫度最高可達20℃,晚上可驟降至-80℃,兩極更可降至-139℃,這樣的溫差使氣候變化十分劇烈,時常發(fā)生“塵暴”,特大塵暴可席卷南半球,蔓延到北半球甚至整個星球,時間可持續(xù)數(shù)月之久,風速可達180m/s?;鹦怯幸蛔幻麨閵W林帕斯的大火山,直徑約600Km,高度達26Km,可能是太陽系最大的火山。
火星土壤中有大量氧化鐵,經(jīng)紫外線長期照射,鐵生成棕紅色的氧化物,大氣中充滿了這樣的物質(zhì),所以火星在夜空中呈現(xiàn)橙紅色。
4、木星。
在夜空中,木星最亮時的視星等為-2.7,亮度僅次于金星,它的體積和質(zhì)量都是太陽系九大行星中最大的。木星的赤道半徑為7.15*10^4Km,是地球的11.2倍,體積是地球的1400倍,質(zhì)量約為地球的318倍。木星距太陽的平均距離是7.78*10^8Km,公轉(zhuǎn)周期是4332.7天,約12年,古人發(fā)現(xiàn)這與“十二次”吻合,故又將其稱為“歲星”。在九大行星中木星自轉(zhuǎn)速度最快,赤道自轉(zhuǎn)周期只有0.41天,兩極區(qū)較慢,這種自轉(zhuǎn)稱為“較差自轉(zhuǎn)”,說明木星不是一個固體球。
木星有濃厚的大氣層,下面是液態(tài)的海洋。木星大氣有兩大引人注目的現(xiàn)象,一種稱為“木星云帶”,有上千公里厚,在望遠鏡中呈現(xiàn)許多不同顏色的斑紋和平行于赤道的明暗相間的條帶,因快速周轉(zhuǎn)的慣性和離心力,使大氣云帶呈現(xiàn)扁圓狀。另一種現(xiàn)象稱為“木星大紅斑”,呈卵狀結(jié)構(gòu),長約2600Km,寬約11000Km,略呈紅色。大紅斑是一個含有紅磷化合物的特大氣旋,可以存在上百年。在木星大氣中氫占82%,氮占17%,其余為甲烷、氨等氣體分子。木星雷電比地球上的雷電強10倍。
木星具有巨大的球磁層,橫跨3000萬公里的范圍,其表面磁場比地球磁場強10倍,而核心區(qū)磁場比地球磁場強1.75萬倍,木星還有一個和地球周圍類似但更強的輻射帶。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)木星有61顆衛(wèi)星,其中較亮的四顆:木衛(wèi)一至木衛(wèi)四。
5、土星。
土星古稱“填星”,也叫“鎮(zhèn)星”。古人認為土星運行是每年居二十八宿中之一宿,28年而周天,這叫“歲填一宿”,故名填星。土星最引人注目的是它的美麗光環(huán)。土星光環(huán)與星體組成一頂寬邊大草帽,“帽檐”之寬,差不多是地球到月亮的距離。光環(huán)寬闊而平直,圍繞土星赤道,卻并不與土星體直接相連??臻g探測發(fā)現(xiàn),土星環(huán)是一系列的同心圓,有無數(shù)條,大環(huán)套小環(huán),整個光環(huán)猶如一張高密唱盤,圍繞土星旋轉(zhuǎn)。土星光環(huán)從外向里分為A環(huán)、B環(huán)、C環(huán),B環(huán)較亮,寬度約2.36*10^4Km,與A環(huán)之間有一寬約4800Km的空隙,稱為卡西尼縫。2004年7月,“卡西尼號”航天器進入火星軌道,證實土星環(huán)的絕大部分物質(zhì)是固態(tài)水。
土星在太陽系九大行星中位居第二,平均離日距離9.5AU,其赤道半徑是地球半徑的9倍,體積是地球的745倍,質(zhì)量是地球的95倍,密度卻極低,只有700Km/m?,比水的密度還小。土星公轉(zhuǎn)周期為10759.5天,約29.5年,自轉(zhuǎn)與木星相似,速度快且是較差自轉(zhuǎn)。
土星大氣成分主要是氫。土星表層溫度最低-180℃,云層之下是液態(tài)的氫??臻g探測表明土星具有強磁場和延伸的磁球,其磁場強度是地球磁場強度的1000倍,磁極的方向與地球磁極的方向相反。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)土星有31顆衛(wèi)星,其中土衛(wèi)六是太陽系中的第二大衛(wèi)星,有很厚的大氣層,大氣中有甲烷和分子氫,分析推測,土衛(wèi)六上可能存在低級生命。
五星與地球都在沿著各自的軌道,按不同的周期繞日公轉(zhuǎn),在這個過程中,地球與五星的距離有遠有近。比如2014年發(fā)生的“火星追日”天象,是地球與火星相距最近的時刻。五星與地球距離的遠近,將會對地球產(chǎn)生不同程度的影響,這種影響有周期可循。
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